河北省唐山市環(huán)境保護局遵化市分局
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1.生活污泥的污染形式
城市污水處理廠的污泥是指污水廠將城市的污水收集處理、出水達標排放后利余的殘留物。這類污泥一般泛指含水率為80％左右的脫水污泥，主要由低級的有機物如氨基酸、腐植酸、細菌入食產(chǎn)物。早期產(chǎn)生的污泥采用直接排放法或填埋法解決，造成了嚴重的水污染破壞了大量耕地。
生活污泥的主要污染形式如下：一是污泥鹽分污染。污泥含鹽量較高，會明顯提高土壤電導(dǎo)率，破壞植物養(yǎng)分平衡、抑制植物對養(yǎng)分的吸收，甚至對植物根系造成直接的傷害，而且離子間的拮抗作用會加速有效養(yǎng)分的流失。二是病原微生物。污水中的病原體（病原生物和寄生蟲）經(jīng)過處理還會進入污泥。新鮮污混中檢測得到的病原體多達千種，其中危害較大的是寄生蟲。Polan和 Jones（1992）認為污泥中病原體對人類或動物的污染途徑大致有4條：①直接與污泥接觸；②通過食物鏈與污泥直接接觸而感染；③水源被病原體污染；④病原體首先污染了土壤、然后污染水體。污泥農(nóng)用引起的潛在疾病的流行，被認為主要與沙門氏菌和絳蟲卵有關(guān)。三是氮磷等養(yǎng)分的污染。在降雨量較大地區(qū)的土質(zhì)疏松土地上大量施用富含氮、磷等的污泥之后，當有機物分解速度大于植物對氮、磷的吸收速度時，氮、磷等養(yǎng)分就有可能隨水流失而進入地表水體造成水體的富營養(yǎng)化，進入地下引地下水的污染。所以氮、磷等養(yǎng)分遷移對環(huán)境影響是一個需長期監(jiān)測研究的工作。四是污泥對人類健康的影響。城市生活污混是指域市污水處理廠在處理污水過程中產(chǎn)生的沉淀物質(zhì)。如果城市污泥未經(jīng)處理隨意排放，經(jīng)過雨水的侵蝕和滲漏作用，極易對地下水、土壤等造成二次污染，直接危害人類身體健康。城市生活污泥資源化的過程中，也可能對人類健康產(chǎn)生危害，如污泥農(nóng)田、林地利用時，污泥中含有對植物及土壤有危害作用的病菌、寄生蟲、難降解有機物以及氮、磷的流失對地表水和地下水的污染，甚至可能含有一些致癌物質(zhì)，這些污染物質(zhì)都可能通過生物鏈進入到人體中，對人類的身體健康造成威脅。隨著城市人口的不斷增加，城市化進程的逐步加快，污泥的產(chǎn)量逐年增加，簡單的污泥處置方式大量浪費耕地，并且容易造成二次污染，破壞了當?shù)氐纳鷳B(tài)環(huán)境，污水廠生活污泥的無害化處置和綜合利用工作的有效開展刻不容緩。
2.世界各國污泥處理處置的主要方法
一是衛(wèi)生填埋。這種處置方法簡單、易行、成本低，污泥又不需要高度脫水，適應(yīng)性強。但是污泥填埋也存在一些問題，尤指填埋滲濾液和氣體的形成。滲濾液是一種被嚴重污染的液體，如果填埋場選址或運行不當會污染地下水環(huán)境。填埋場產(chǎn)生的氣體主要是甲烷，若不采取適當措施會引起爆炸和燃燒。二是土地利用。污泥土地直接利用因投資少、能耗低、運行費用低、有機部分可轉(zhuǎn)化成土壤改良劑成分等優(yōu)點，被認為是最有發(fā)展?jié)摿Φ囊环N處置虧式，科學(xué)合理的土地利用，可減少污泥帶來的負面效應(yīng)。林地和市政綠化的利用因不易造成食物鏈的污染而成為污泥土地利用的有效方式。污泥用于嚴重擾動的土地（如礦場土地、森林采伐場、垃圾填埋場、地表嚴重破壞區(qū)等需要復(fù)墾的土地）的修復(fù)與重建，減少了污泥對人類生活的潛在威脅，既處置了污泥又恢復(fù)了生態(tài)環(huán)境。三是污泥焚燒。濕污泥干化后再直接焚燒應(yīng)用得較為普遍，沒有經(jīng)過干化的污泥直接進行焚燒不僅十分困難，而且在能耗上也是極不經(jīng)濟的。以焚燒為核心的污泥處理方法是最徹底的污泥處理方法之一，它能使有機物全部碳化，殺死病原體，可最大限度地減少污泥體積；但是其缺點在于處理設(shè)施投資大，處理費用高，設(shè)備維護成本高，而且產(chǎn)生強致癌物質(zhì)二?英。四是污泥干化。污混干燥是應(yīng)用人工熱源以工業(yè)化設(shè)備對進行深度脫水的處理方法，盡管污混干燥的直接結(jié)果是污泥含水率的下降（脫水），但與機械脫水相比，其應(yīng)用目的與效果均有很大的不同。污泥機械脫水（也包括污泥濃縮），其應(yīng)用的目的以減少污泥處理的體積為主（污泥濃縮和機械脫水通常均可使污泥體積減少4倍左右），但脫水污泥餅除了含水率和相關(guān)的物理性質(zhì)，如流動性與原狀污泥有差異外，其化學(xué)、生物等方面性質(zhì)并不因脫水而產(chǎn)生變化。污泥干燥則由于提高水分蒸發(fā)強度的要求，使用人工熱源，其操作溫度（對污泥顆粒而言）通常大于100℃，干燥對污泥的處理效應(yīng)，不僅是深度脫水，還具有熱處理的效應(yīng)；加之，污泥干燥處理的產(chǎn)物，其含水率可控制在20％以下，即達到抑制污泥中的微生物活動的水平，因此污泥干燥處理可同時改變污泥的物理、化學(xué)和生物特性。目前國際上污泥干燥設(shè)備形式主要有流化床、轉(zhuǎn)鼓、帶式、渦輪薄層、圓盤等，制造商主要在美國、法國、德國、比利時、意大利等發(fā)達國家。五是污泥碳化技術(shù)。所謂污泥碳化，就是通過一定的手段，使污泥中的水分釋放出來，同時又最大限度地保留污泥中的碳值，使最終產(chǎn)物中的碳含量大幅提高的過程（Sludge Carbonization)在世界范圍內(nèi)，污泥碳化主要分為3種。（1）高溫碳化。碳化時不加壓，溫度為649－982℃。先將污泥干化至含水率約30％，然后進入碳化爐高溫碳化造粒。碳化顆�？梢宰鳛榈图壢剂鲜褂茫錈嶂导s為8360－12540kJ/kg（日本或美國）。該技術(shù)可以實現(xiàn)污泥的減量化和資源化，但由于其技術(shù)復(fù)雜，運行成本高，產(chǎn)品中的熱值含量低，當前尚未有大規(guī)模地應(yīng)用，最大規(guī)模的為30刪濕污泥。（2）中溫碳化。碳化時不加壓，溫度為426－537℃。先將污泥開化至含水率約90%，然后進入碳化爐分解。工藝中產(chǎn)生油、反應(yīng)水（蒸氣冷凝水）、沼氣（未冷凝的空氣）和固體碳化物。另外，該技術(shù)是在干化后對污泥實行碳化，其經(jīng)濟效益不明顯，除澳洲一家處理廠外，無其他潛在的用戶。（3）低溫碳化。碳化前無需干化，碳化時加壓至6-8Pa，碳化溫度為315℃，碳化后的污泥成液態(tài)，脫水后的含水率50％以下，經(jīng)干化造粒后可作為低級燃料使用，其熱值約為15048-20482kJ/kg（美國）。該技術(shù)通過加溫加壓使得污泥中的生物質(zhì)全部裂解，僅通過機械方法即可將污泥中75％的水分脫除，極大地節(jié)省了運行中的能源消耗。污泥全部裂解保證了污泥的徹底穩(wěn)定。污泥碳化過程中保留了絕大部分污泥中熱值，為裂解后的能源再利用創(chuàng)造了條件。（4）污泥水解熱干化技術(shù)。污混水熱干化技術(shù)通過將污泥加熱，在一定溫度和壓力下使污泥中的粘性有機物水解，破壞污泥的膠體結(jié)構(gòu)，可以同改脫水性能和厭氧消化性能。隨水熱反應(yīng)溫度和壓力的增加，顆粒碰撞增大，顆粒間的碰撞導(dǎo)致了膠體結(jié)構(gòu)的破壞，使束縛水和固體顆粒分離。經(jīng)過水熱處理的污泥在不添加絮凝劑的情況下機械脫水的含水率大幅度降低。污泥的水解宏觀上表現(xiàn)為揮發(fā)性懸浮固體濃度減少和COD、BOD以及氨氮等濃度增加。水熱干化技術(shù)采用漿化反應(yīng)器，通過閃蒸乏汽返混預(yù)熱漿化、蒸汽與機械協(xié)同攪拌，提高了系統(tǒng)的處理效率；在水熱反應(yīng)器中，采用蒸汽逆向流直接混合加熱的方式，強化了傳質(zhì)傳熱過程，可以避免局部過熱結(jié)焦碳化；在連續(xù)閃蒸反應(yīng)器中，實現(xiàn)了系統(tǒng)能量的有效回收。此外還有堆肥發(fā)酵技術(shù)、石灰投加技術(shù)等等。
3.國內(nèi)污泥處置概況
目前我國的污水廠生活污泥的主要去向是垃圾填埋場，隨著污水處理率的不斷提高，污泥大量的產(chǎn)出給垃圾填埋場帶來巨大負擔，縮短了使用年限，進而給城市垃圾處理造成負擔，并使得適宜填埋場所顯得越來越有限。而污泥經(jīng)過減量、穩(wěn)定和無害化處理后，可以作為資源綜合利用的，在這方面還非常欠缺。
在污泥焚燒方面，限于經(jīng)濟承受能力，目前全沒有真正意義上的污泥焚燒廠。
在污泥干化處理方面，上海石洞口污泳廠經(jīng)建成運轉(zhuǎn)了一座日處理干泥30t的污泥干化廠；北京市清河污水廠擬建設(shè)日處理干泥80t（濕泥400t）的污泥干化廠。
隨著產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型升級進度的加快、實施節(jié)能減排力度的加大、保護生態(tài)環(huán)境要求的提高，與污水處理率的基本達到目標相比，城市污泥的無害化處置和綜合利用嚴重滯后，現(xiàn)有的污泥處置依舊以棄置及無組織填埋為主，城市污泥如不進行適當處理及合理有效的再利用，將導(dǎo)致制造出新的更為嚴重的污染，使人們生存的環(huán)境進一步惡化，生態(tài)環(huán)境難以修復(fù)。我國政府已經(jīng)將城市污泥無害化處理及有效利用工作列入重要議事日程，并納入了社會經(jīng)濟發(fā)展的總體規(guī)劃之中。因此污泥處置利用是目前城市工程及環(huán)境保護所亟需的。
污泥制磚是在制磚原料組分中摻兌一定比例的污泥利用污泥中的有機質(zhì)——生物質(zhì)燃料和無機質(zhì)代替部分然料和黏土等有用資源，既可以節(jié)約能源又可以節(jié)約黏土，是一條低成本、無害化的污泥利用途徑，可真正實現(xiàn)污泥處理處置減量化、穩(wěn)定化、無害化和資源化的基本要求，且具有較好的經(jīng)濟效益、環(huán)境效益和社會效益，從而可達到節(jié)能減排和發(fā)展循環(huán)經(jīng)濟的目的。
通常所說污泥制磚所用污泥，是指“城鎮(zhèn)污水處理廠污泥”（簡稱“污泥”）。建設(shè)部、環(huán)保部和科技部《城鎮(zhèn)污水處理廠污泥處理處置及污染防治技術(shù)政策》（建城[2009]23號），明確規(guī)定了污泥的定義：“污水處理過程中產(chǎn)生的半固態(tài)或固態(tài)物質(zhì)，不包括柵渣、浮渣和沉砂”。還要求“有條件的地區(qū)，應(yīng)積極推廣污泥建筑材料綜合利用。污泥建筑材料綜合利用是指污泥經(jīng)無機化處理，用作水泥添加料、制磚輕質(zhì)骨料和路基材料等。”
建設(shè)部和發(fā)改委《城鎮(zhèn)污水處理廠污泥處理處置技術(shù)指南試行）》（建科[2011]34號），明確規(guī)定：“污泥處理處置應(yīng)包括處理與處置兩個階段。處理主要是指對污泥進行穩(wěn)定化、減量化和無害化處理的過程。處置是指對處理后污泥進行消納的過程。”并要求:“污泥的穩(wěn)定化、減量化和無害化等處理設(shè)施定相對集中設(shè)置，污泥處置方式可適當多樣。”利用污泥制磚則為污泥處置階段，是對處理后污泥進行消納的過程，是污泥的處置方式之一。
為了規(guī)范利用污泥制磚，避免污泥進入磚廠處置的無序化，保證污泥制磚環(huán)境影響的最小化，于2010年發(fā)布了國家標準《城鎮(zhèn)污水處理廠污泥處置制磚用泥質(zhì)》（GB／T25031－2010）。GB/T25031第“5.1”條對污泥的摻量作了規(guī)定：“將處理后污泥與其他制磚原料混合時，污泥（以干污泥計）與制磚總原料的質(zhì)量比（wt％），即混合比例應(yīng)小于或等于10％。在工藝條件充許或產(chǎn)品需要的情況下，混合比例可適當提高。”
4.國家財政政策支持
一直以來，污泥處理費的落實是污泥處理處置項目進行的一個難點。目前，隨著水價改革逐步到位，污水處理費將逐漸覆蓋污泥處理成本。針對目前國內(nèi)污泥處理處置項目（以BOT項目為主），《中國污泥處理處置市場分析報告（2014版）》給出的污泥處理處置全成本區(qū)間在150～500元/噸，平均成本為270元/噸，折合到污水處理費中約合0.2元（按每萬t水產(chǎn)生7t含水率80％的污泥）。
2015年1月，發(fā)改委、財政部及住建部聯(lián)合發(fā)布《關(guān)于制定和調(diào)整污水處理收費標準有關(guān)問題的通知》，明確指出2016年年底前，城市污水處理收費標準原則上每噸應(yīng)調(diào)整至居民不低于0.95元，非居民不低于14元；縣城、重點建制鎮(zhèn)原則上每噸應(yīng)調(diào)整至居民不低于0.85元，非居民不低于12元。2015年10月，36城平均污水處理費僅0.87元/t,貴州、黑龍江、遼寧等多個地區(qū)污水處理費更低，距標準有較大上升空間。
2015年10月，中共中央、國務(wù)院發(fā)布《關(guān)于推進價格機制改革的若干意見》，明確指出：“要合理提高污水收費標準，城鎮(zhèn)污水處理收費標準不應(yīng)低于污水處理和污泥處置的成本。”隨著國家對環(huán)保的重視，除了對污泥處理費的落實，在污泥項目補貼方面，全國各地對污泥處置項目也相繼頒布補助政策，鼓勵污泥處置項目建設(shè)，年對運營或項目投資以多種方式實行補助。
以上國家資金政策方面支持都為污水處理廠污泥處置工作提供了資金條件，讓污泥處理切實得到落實，有望快速打開污泥處置市場�？梢酝耆齻鹘y(tǒng)填埋帶來的環(huán)境污染、占用大量耕地等問題，是關(guān)系造福子孫后代的千秋大業(yè)，意義深遠。
5.污泥的性質(zhì)
污泥性質(zhì)主要包括物理性質(zhì)、化學(xué)性質(zhì)和衛(wèi)生學(xué)指標等方面，污泥性質(zhì)是選擇污泥處理處置工藝的重要依據(jù)。物理性質(zhì)：污泥的物理性質(zhì)主要有含水率、比阻等指標。含水率是指污泥中所含水分的質(zhì)量與污泥（Sludge）質(zhì)量之比，此為濕基含水率Ww·sl污泥中含水率的多少與污泥烘干、處理工藝、污泥狀態(tài)及流動性能密切相關(guān)。初沉污泥的含水率Ww·sl通常為97％～98％；經(jīng)濃縮之后，含水率Ww·sl通常為94％～96％；經(jīng)脫水之后，可使含水率Ww·sl降低到80％左右。厭氧消化后的污泥經(jīng)深度脫水含水率Ww·sl可達到60％以下。若進一步降低含水率Ww·sl，則需采取熱干化處理，半干化污泥含水率可降到35％～40％時，呈疏松團狀或聚散狀態(tài)；當含水率Ww·sl降到15％以下則呈粉粒狀，為全干化。通常含水率Ww·sl在85％以上時，污泥呈流態(tài)；65％～85％時呈塑態(tài)；低于60％時則呈固態(tài)。化學(xué)性質(zhì)：污泥化學(xué)性質(zhì)復(fù)雜，影響污泥處理處置技術(shù)方案選擇的主要因素，包括揮發(fā)分、植物營養(yǎng)成分、熱值、重金屬含量等。這里僅就揮發(fā)分和熱值進行說明。揮發(fā)分是污泥最重要的化學(xué)性質(zhì)，決定了污泥的熱值與可消化性。隨著污水來源不同，一般情況下，初沉污泥揮發(fā)性固體（表示的是污泥中有機物的含量）的比例為50％～70％，活性污泥為60％～85％，經(jīng)厭氧消化后的污泥為30％～50％。污泥的熱值與污水水質(zhì)、排水體制、污水及污泥處理工藝有關(guān)”。指南中給出了各類污泥（Sludge）的熱值（Calorific value）Casl（以干污泥計），見下表：
各類污泥的熱值
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污泥類型 熱值Casl（以干污泥計）/MJ/kg |
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初沉污泥 15～18 |
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初沉污泥與剩余活性污泥混合 8～12 |
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厭氧消化污泥 5～7 |
污泥的發(fā)熱量，隨著污泥中揮發(fā)性固體含量降低而降低。制磚用污泥為厭氧消化后的污泥，因此，其熱值Csl（以干污泥計）為5000kJ/kg～7000kJ/kg，為便于問題的討論將其近似取為干污泥的低位發(fā)熱量。
CB20531規(guī)定的污泥理化性能指標
國家標準《城鎮(zhèn)污水處理廠污泥處置制磚用泥質(zhì)》（CB/25031－2010），為滿足污泥制磚的需要，規(guī)定了污泥的理化指標，有含水率Ww·sl和燒失量Lsl，見下表：
理化指標（摘自GB/T25031-2010）
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序 號 控制項目 限 值 |
|
1 含水率Ww·sl ≤40% |
|
2 燒失量Lsl ≤50% |
這里需要說明的是燒失量，污泥的燒失量主要是指在高溫灼燒時失去的有機物含量。
5.污泥利用輔料組成
我國低鈣粉煤灰化學(xué)組成變化范圍（%）
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SiO2 |
Al2O3 |
Fe2O3 |
CaO |
MgO |
K2O.Na2O |
SO3 |
燒失量 |
|
40～60 |
17～35 |
2～15 |
1～10 |
0.5～2 |
0.5～4 |
0.1～2 |
1～26 |
頁巖的化學(xué)組成（%）
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SiO2 |
Al2O3 |
Fe2O3 |
TiO |
CaO |
MgO |
F |
K2O·Na2O |
其他 |
|
68.98 |
15.07 |
5.26 |
0.77 |
1.69 |
1.70 |
0.001 |
4.35 |
2.178 |
煤矸石的化學(xué)組成（%）
|
SiO2 |
Al2O3 |
Fe2O3 |
CaO |
MgO |
全硫 |
燒失量 |
高位熱值 |
|
47.87 |
20.0 |
6.10 |
2.14 |
1.54 |
0.32 |
17.81 |
1660大卡/kg |
尾礦砂的化學(xué)組成
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SiO2 |
Al2O3 |
FeO |
CaO |
MgO |
MnO |
P |
其他 |
|
67.59 |
11.18 |
12.5 |
4.82 |
3.53 |
0.13 |
0.12 |
9.13 |
遵化市國禎污水處理廠城市污水處理廠污泥含水率80%
粉煤灰：河北國投遵化市熱電廠20%
唐山開灤礦務(wù)集團錢營煤礦煤矸石35%
頁巖：20%
鐵選礦尾礦砂、尾礦泥20%
6.顯著的環(huán)境效益
一是溫室氣體——CO2減排效應(yīng)。由于可有效地利用污泥的化學(xué)潛能并起到降低坯體密度的作用，可顯著降低坯體焙燒耗熱，可達25％以上，從而可有效地減少溫室氣體排放量達25％以上。二是硫氧化物的減排。雖然粉煤灰化學(xué)組成中含有SO3——硫酐（無色的固體），實際上粉煤灰中并不存在SO3，SO3僅是粉煤灰中硫酸鹽的表示形式。煤中的硫根據(jù)能否在空氣中燃燒，可分為可燃硫和不可燃硫，有機硫（So）、硫鐵礦硫（SP）和單質(zhì)硫（Sei）都能在空氣中燃燒，屬可燃硫，燃燒后放出SO2。在煤炭燃燒過程中隨著煤和煤渣的熔融，不可燃硫殘留在煤灰中．所以又稱作固定硫，其與灰分中的堿金屬氧化物反應(yīng)生成硫酸鹽，在溫度高達1400℃的燃燒爐中，仍能固定在灰分中，而不分解逸出形成硫氧化物污染大氣，而是成為灰分的一部分。硫酸鹽硫（Ss）就屬固定硫。因此，粉煤灰中在1400℃的燃燒爐中仍不能分解逸出硫氧化物的固定硫——硫酸鹽硫，在燒結(jié)磚的焙燒溫度900～1100℃范圍內(nèi)難以分解逸出污染大氣。三是氟氧化物的減排。大氣氟污染的最大危害者是煤的燃燒。煤中的氟化物主要以無機物形式存在，即存在于礦物質(zhì)中。因此，煤中的氟含量主要靠煤炭的分選降低。即煤的灰分愈低氟含量愈低，反之愈高。利用灰分高的煤燒磚，氟的排放量就高，顯然利用煤矸石燒磚，氟的排放量會更高，對環(huán)境的危害加大。由于粉煤灰是煤燃燒后，煤中礦物質(zhì)經(jīng)高溫分解后的產(chǎn)物，因此，粉煤灰中幾乎不存在氟化物，污泥既是燃料又是原料不含有氟化物而大大減少了氟化物的排放。
綜上所述，高摻量污泥燒結(jié)磚具有顯著的節(jié)土、節(jié)能和環(huán)境效應(yīng)。
